AN-T-250
2026-06
Análisis potenciométrico de los elementos de tierras raras (ETR)
Retitulación precisa y exacta de elementos de tierras raras con el electrodo selectivo de cobre
Introducción
Los metales de tierras raras están compuestos por 17 elementos, entre los que se incluyen la serie de los lantánidos, así como el escandio y el itrio. Estos elementos de tierras raras (REE) se utilizan principalmente en baterías, nanotecnología, energía fotovoltaica, tecnología médica, industria aeroespacial y tecnología militar.
Es necesario medir las concentraciones de elementos de tierras raras en el mineral y la roca para determinar la viabilidad de un yacimiento de tierras raras. Tras la trituración, los minerales se disuelven, se separan y se purifican, y los elementos de tierras raras, junto con otros elementos, se controlan a lo largo de esta etapa. Determinar la fracción másica de los metales de tierras raras en esta fase es crucial y supone un esfuerzo considerable.
Esta nota de aplicación presenta un método de retitración rápido y preciso que utiliza el Cu-ISE, el cual separa claramente varios metales de tierras raras, incluso cuando se encuentran combinados con otros elementos, y permite analizarlos con una recuperación cercana al 100 %.
Introducción
Junto con la gravimetría, la titulación de metales de tierras raras es un método absoluto que se utiliza a menudo como referencia para los métodos cromatográficos y espectroscópicos. Dado que la preparación de la muestra para la titulación y para el ICP (plasma acoplado inductivamente) es prácticamente idéntica, la titulación ofrece en este caso ventajas inigualables en cuanto a coste y esfuerzo. Además, la titulación inversa es muy flexible y puede adaptarse a las muestras específicas de cada cliente. Por lo tanto, la titulación puede utilizarse sin duda como un método analítico rápido in situ.
Se añade una solución estandarizada de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) en exceso a la muestra de tierras raras disuelta y tamponada (Ln³⁺). A continuación, se forma un complejo de EDTA y metal. El EDTA no utilizado se titula a la inversa con sulfato de cobre.
Las siguientes reacciones ofrecen una descripción muy simplificada de la titulación:
Ln3+ + EDTA → Ln(EDTA)
CuSO4 + EDTA(excess) → Cu(EDTA)
La cantidad de tierras raras se puede calcular a partir de la cantidad de sulfato de cobre utilizada.
Muestra y preparación de la muestra
Esta aplicación se ha demostrado con soluciones patrón de itrio, escandio, lantano, cerio y neodimio. Además, se realizaron ensayos con una mezcla de lantano y escandio, así como con una muestra de mineral sintético muy similar a la steenstrupina.
No es necesario preparar las muestras.
Experimento
El análisis se lleva a cabo utilizando un robot de muestras OMNIS Sample Robot S – WSM, un titulador OMNIS Professional equipado con módulos de dosificación OMNIS, así como un electrodo selectivo de cobre (Figura 1).
Se pesa una cantidad adecuada de muestra en el vaso de titulación y se añaden tampón de acetato y solución estandarizada de EDTA. Tras un tiempo de espera, la solución se titula con solución estandarizada de CuSO₄ hasta después del primer o segundo punto de equivalencia.
Resultados
Como se muestra en la Tabla 1, los resultados de los patrones de REE presentan altos índices de recuperación y confirman la solidez de la titulación inversa.
La Tabla 2 muestra los resultados de la mezcla de muestras de lantano y escandio. Esto demuestra el potencial para separar estos dos elementos de tierras raras, con buenos índices de recuperación para ambos.
El resultado del mineral de REE sintético «steenstrupina», con una concentración másica de 8,000 g/L de cerio y una composición molecular aproximada de Na₇,₉HXCe₆Mn₁,₆Fe₁,₈Zr₀,₃P₄,₅Si₁,₇Cl₄,₄N₇,₉S₆OY, se resume en la Tabla 3.
En la figura 2 se muestra una curva de titulación ejemplar de una mezcla de lantano y escandio.
| Sample (n = 6) | Content (g/L) | Recovery (%) |
|---|---|---|
| Yttrium | 10.07 | 100.9 |
| Scandium | 10.07 | 100.6 |
| Lanthanum | 13.88 | 99.6 |
| Cerium | 16.01 | 100.1 |
| Neodymium | 10.06 | 100.6 |
| Sample (n = 2) | Content (g/L) | Recovery (%) |
|---|---|---|
| Lanthanum | 6.88 | 98.7 |
| Scandium | 5.13 | 102.4 |
| Sample (n = 3) | Content Ce(III) (g/L) | Recovery (%) |
|---|---|---|
| Steenstrupine | 7.93 | 99.1 |
Conclusión
La titulación inversa es una alternativa rentable y precisa a los métodos analíticos convencionales, como el ICP, para determinar la presencia de elementos de tierras raras. Como método de determinación, la titulación potenciométrica ofrece flexibilidad a la hora de manejar la amplia variedad de minerales de elementos de tierras raras. Gracias a la optimización de la matriz analítica y al uso de química de complejos, puede incluso separar entre sí determinados elementos de tierras raras en mezclas.
El sistema automatizado con el OMNIS Sample Robot S – WSM, equipado con un titulador OMNIS, módulos de dosificación OMNIS y un electrodo selectivo de cobre, destaca por su alto nivel de profesionalidad y ofrece análisis flexibles combinados con un software de última generación.
Referencias
- Misumi, S.; Taketatsu, T. Complexometric Titration of Rare Earth Elements. Dissolution of the Rare Earth Oxalate with Ethylenediaminetetraacetic Acid and Back Titration with Magnesium Sulfate. bull. Chem. Soc. Jpn. 1959, 32 (8), 873–876. DOI:10.1246/bcsj.32.873
- Seel, F. Die Komplexometrische Titration. Die Chemische Analyse. Band 45. Von G. Schwarzenbach Und H. Flaschka. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1965. 5. Neubearbeitete Aufl., XVI, 339 S., 42 Abb., 12 Tab., 48,– DM. Angewandte Chemie 1966, 78 (8), 455–455. DOI:10.1002/ange.19660780817
- Chelates in Analytical Chemistry – A Collection of Monographs; Flaschka, H. A., Barnard, A. J., Eds.; Marcel Dekker, Incorporated, 1967; Vol. 3.
- Krebs, D.; Furfaro, D. Concentrated Hydrochloric Acid Leaching of Greenland Steenstrupine to Obviate Silica Gel Formation. In Rare Earth Elements - Emerging Advances, Technology Utilization, and Resource Procurement; IntechOpen, 2022. DOI:10.5772/intechopen.107012
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